Depuis 1988, Damien Odoul a écrit et réalisé 10 courts-métrages de fiction, 4 documentaires de création, 1 téléfilm et 7 longs-métrages :

Morasseix est son premier long-métrage qu'il réalise à l'âge de 23 ans, co- produit par la Sept-Arte, distribué en salle et sélectionné 12 ans plus tard à Venice Days.
Le Souffle est récompensé par le Grand Prix du Jury et le Prix Fipresci à la Mostra de Venise en 2001 et vendu dans 14 pays.

Errance, avec L. Casta et B. Magimel, est diffusé sur Canal+ et Arte, coproduit et vendu à l'étranger par Wild Bunch.
En attendant le déluge, avec Pierre Richard et Anna Mouglalis, est sélectionné à la Quinzaine des réalisateurs à Cannes en 2003.

L'histoire de Richard O., avec Mathieu Amalric, est sélectionné à la Mostra de Venise en 2007, distribué par Jean Labadie.
La Folle Parade, documentaire de création tourné sur 3 ans avec des handicapés mentaux et diffusé sur Histoires courtes (France 2) à l'occasion d'une soirée consacrée au cinéaste.

Damien Odoul a écrit deux premiers recueils de poèmes avant de se consacrer aux Poèmes du milieu, 1 à 39, qu’il interprète sur France Culture dans le cadre de l’Atelier de Création Radiophonique. Il termine en 2010 les Poèmes du milieu, 40 à 88, aboutissement de ce travail débuté en 2004. Une lecture a eu lieu au théâtre des Bouffes du Nord dans le cadre du Festival Paris en toutes lettres en 2010, et au Festival d'Avignon en 2011 en direct sur France Culture ainsi qu'au CIPM de Marseille en 2012.

En 2011, il écrit et réalise Le reste du monde avec Emmanuelle Béart, diffusé sur Arte, sélectionné aux Festivals de Rotterdam, Hong-Kong, Shanghaï, Édimbourg, Durban, Melbourne, Namur, São Paulo, Taïwan, Göteborg, Vilnius... Cette même année, en octobre, il crée et met en scène Mefausti au théâtre des Bouffes du Nord.

En 2012, après 6 ans de tournage et 1 an de montage, il termine La richesse du loup, qui sera ensuite sélectionné au FID Marseille et au Festival de Locarno. Le film sera prochainement distribué en salles.

En 2013, Damien Odoul produit le documentaire Enfants de sourds, réalisé par sa compagne, la documentariste Marie-Eve Nadeau, et présenté au Festival des Films du Monde à Montréal.

En 2014, le cinéaste termine son septième long-métrage intitulé La peur, librement adapté du roman de Gabriel Chevalier. Il remporte le Prix Jean Vigo 2015.